基于植物干细胞培养体系的长春新碱生物合成途径及其代谢调控机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81274045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3203.中药药效物质
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Vincristine (VCR) is derived from Catharanthus roseus; however, it is currently extremely expensive because of its low production and supply. Although chemical synthesis of VCR has been done, commercialization of this method is still limited due to the high cost. Additionally, production of VCR by genetic engineering is unavailable because VCR biosynthetic pathway remains unclear. Generally, one of best ways to investigate biosynthetic pathways is by plant cell culture systems; however, vindoline, a key intermediate in VCR biosynthetic pathway, cannot be produced by dedifferentiated cell systems. Therefore, it is of much importance to identify a novel plant cell culture system that enables us to elucidate VCR biosynthetic pathway and the mechanism of its metabolic regulation. Plant stem cells are homogenous undifferentiated cells that still retain all of the genetic information of parental plant cells, and their genetic traits are more stable than those of callus. Recently, we have successfully established the stem cell culture system of C. roseus and were able to detect the production of vindoline and VCR in this system. The present project aims to further optimize the stem cell culture system of C. roseus, to isolate and identify intermediates in VCR biosynthetic pathway by chromatographic and spectroscopic techniques, to isolate and purify key enzymes in this biosynthetic pathway, and to determine the amino acid sequence of these enzymes by protein sequencing techniques. This project will for the first time investigate VCR biosynthetic pathway by the plant stem cell culture system. As a result, this project will provide crucial scientific basis needed to mass-produce vincristine by the plant stem cell system and advance related fields of biotechnology.
长春新碱(VCR)源自长春花,因植物含量低、化学合成无法产业化、生物合成途径不清楚而致基因工程法难以实现,故VCR原料短缺、价格奇高。植物细胞体系法是研究生物合成途径最佳方法,但常用的脱分化细胞体系却不能合成VCR的关键中间体文多灵。故寻找新型植物细胞培养体系,以阐明VCR生物合成途径及其代谢调控机理意义重大。植物干细胞体系为均一的未分化细胞,保留了母本细胞的全套遗传信息且遗传性状比脱分化细胞更为稳定。我们前期研究结果显示,在构建的长春花干细胞培养体系中检测到文多灵和VCR的生成。本项目拟在此基础上,进一步优化长春花干细胞培养体系;运用色谱和光谱技术分离和鉴定中间体;分离纯化VCR生物合成过程中的关键酶,利用谱学和蛋白质测序技术研究其氨基酸序列。此项目系国内外首次利用植物干细胞体系法研究天然药物化学成分生物合成途径,研究结果可为植物干细胞新用途和生物技术方法解决VCR原料来源提供理论基础。

结项摘要

本项目以长春花(Catharanthuss roseus)干细胞培养体系,即形成层分生组织细胞(cambial meristematic cells, CMCs)为研究对象,对长春花CMCs的生理生化特性进行系统的研究,使用多种策略促进萜类吲哚生物碱(terpenoid indole alkaloids, TIAs)生物合成,并对其代谢调控进行研究。本论文首次对长春花CMCs培养体系进行了较系统的研究,主要得到如下结果:(1)与DDCs相比,CMCs具有典型的干细胞特征(如小而多的液泡、对博来霉素敏感性高)和多种优良特性,如可合成文多灵、长春质碱、阿玛碱和长春碱等多种生物碱,长时间培养后仍保持其生长和生物碱合成的稳定性等;(2)对于体外培养的长春花CMCs,使用如下两种方法可有效提高TIAs的含量,第一种是使用复合诱导子(β-CD/ MeJA)和生物反应器,第二种是使用酶抑制剂(洛伐他汀和萘普生)阻断旁路代谢途径;(3)文多灵、长春质碱和阿玛碱合成的前体IPP来源于MEP途径,与MVA途径无关。综上,长春花CMCs为生产重要活性TIAs提供了一个经济的、环境友好的来源,并为TIAs的代谢调控研究提供了一个新的工具。此外,CMCs可能为植物干细胞的研究提供一个新的生物学工具。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Biosynthesis and regulation of terpenoid indole alkaloid in Catharanthus roseus
长春花萜类吲哚生物碱的生物合成及调控
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Pharmacognosy Reviews
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jianhua Zhu;Mingxuan Wang;Wei Wen;Rongmin Yu
  • 通讯作者:
    Rongmin Yu
Molecule mechanism of stem cells in Arabidopsis thaliana.
拟南芥干细胞的分子机制。
  • DOI:
    10.4103/0973-7847.134243
  • 发表时间:
    2014-07
  • 期刊:
    Pharmacognosy reviews
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang W;Yu R
  • 通讯作者:
    Yu R
Artemisinic Acid Serves as a Novel ORCA3 Inducer to Enhance Biosynthesis of Terpenoid Indole Alkaloids in Catharanthus roseus Cambial Meristematic Cells
青蒿酸作为新型 ORCA3 诱导剂增强长春花形成层分生细胞中萜类吲哚生物碱的生物合成
  • DOI:
    10.1177/1934578x1601100604
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Natural Product Communications
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Chen, Shan;Wang, Pu;Song, Liyan;Yu, Rongmin
  • 通讯作者:
    Yu, Rongmin
Effects of beta-cyclodextrin and methyl jasmonate on the production of vindoline, catharanthine, and ajmalicine in Catharanthus roseus cambial meristematic cell cultures
β-环糊精和茉莉酸甲酯对长春花形成层分生组织细胞培养物中文多灵、长春碱和阿马里辛产生的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yu, Rongmin;Zi, Jiachen;Song, Liyan;Huang, Xuesong
  • 通讯作者:
    Huang, Xuesong
A novel terpenoid indole alkaloid derived from catharanthine via biotransformation by suspension-cultured cells of Catharanthus roseus
通过长春花悬浮培养细胞生物转化从长春质中提取的新型萜类吲哚生物碱
  • DOI:
    10.1007/s10529-015-1930-1
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Biotechnology Letters
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zi, Jiachen;Zhou, Pengfei;Liang, Jincai;Yu, Rongmin
  • 通讯作者:
    Yu, Rongmin

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其他文献

转基因何首乌毛状根生物转化青蒿酸的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱建华;于荣敏
  • 通讯作者:
    于荣敏
毛蚶碱性蛋白酶水解物中两种抗氧化肽的分离纯化(英文)
  • DOI:
    10.13863/j.issn1001-4454.2014.07.007
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中药材
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李婷菲;叶斌;宋丽艳;于荣敏
  • 通讯作者:
    于荣敏
真菌诱导子在长春花培养体系中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    食品与药品
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁楚欣;于荣敏;朱建华
  • 通讯作者:
    朱建华
转基因何首乌毛状根培养条件优化及诱导子对其生长的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中药材
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严春艳;黄冰;邱红燕;于荣敏
  • 通讯作者:
    于荣敏
药用蚶的活性蛋白成分及药理作用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国生化药物杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李春磊;朱建华;宋丽艳;于荣敏
  • 通讯作者:
    于荣敏

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基于银杏细胞培养体系的白果内酯和银杏内酯生物合成下游途径及其代谢调控机理研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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